Em 2012, o programa Hubble Space Telescope Frontier Fields (também conhecido como Hubble Deep Fields Initiative 2012) começou oficialmente. O objetivo deste projeto era estudar as galáxias mais fracas e mais distantes do Universo usando a técnica de lentes gravitacionais, avançando assim nosso conhecimento sobre a formação inicial de galáxias. Em 2017, o programa Frontier Field terminou e o trabalho duro de analisar todos os dados coletados começou.
Uma das descobertas mais interessantes nos dados dos Campos da Fronteira foi a descoberta de galáxias de baixa massa com altas taxas de formação de estrelas. Depois de examinar os "campos paralelos" para Abell 2744 e MACS J0416.1-2403 - dois aglomerados de galáxias estudados pelo programa - um par de astrônomos observou a presença do que eles chamam de "Little Blue Dots" (LBDs), uma descoberta o que tem implicações na formação de galáxias e aglomerados globulares.
O estudo que detalha suas descobertas apareceu recentemente on-line sob o título "Pequenos pontos azuis nos campos fronteiriços do telescópio espacial Hubble: precursores de aglomerados globulares?". A equipe de estudo consistiu no Dr. Debra Meloy Elmegreen - um professor de astronomia no Vassar College - e no Dr. Bruce G. Elmegreen, um astrônomo da Divisão de Pesquisa IBM no T.J. Watson Research Center em Yorktown Heights.
Para simplificar, o programa Frontier Fields usou o Telescópio Espacial Hubble para observar seis grandes aglomerados de galáxias nos comprimentos de onda ópticos e no infravermelho próximo - com sua Advanced Camera for Surveys (ACS) e Wide Field Camera 3 (WFC3), respectivamente. Essas galáxias massivas foram usadas para ampliar e esticar imagens de galáxias remotas localizadas atrás delas, que eram muito fracas para o Hubble ver diretamente (também conhecidas como lentes gravitacionais).
Enquanto uma dessas câmeras Hubble olhava para um aglomerado de galáxias, a outra visualizava simultaneamente um pedaço de céu adjacente. Esses trechos adjacentes são conhecidos como "campos paralelos", regiões desmaiadas que fornecem algumas das visões mais profundas do Universo primitivo. Como o Dr. Bruce Elmegreen disse à Space Magazine por e-mail:
“O objetivo do programa HFF é capturar imagens profundas de 6 regiões do céu onde existem aglomerados de galáxias, porque esses aglomeram as galáxias de fundo através do efeito da lente gravitacional. Dessa maneira, podemos ver além do que apenas com imagens diretas do céu. Muitas galáxias foram estudadas usando esta técnica de ampliação. Os aglomerados de galáxias são importantes porque são grandes concentrações de massa que produzem lentes gravitacionais fortes. ”
Esses seis aglomerados de galáxias usados para o projeto incluíam o Abell 2744, o MACS J0416.1-2403 e seus campos paralelos, o último dos quais foi o ponto focal deste estudo. Esses e outros aglomerados foram usados para encontrar galáxias que existiam apenas 600 a 900 milhões de anos após o Big Bang. Essas galáxias e seus respectivos paralelos já haviam sido catalogados usando algoritmos de computador que encontravam galáxias automaticamente nas imagens e determinavam suas propriedades.
Como a dupla de pesquisa continua explicando em seu estudo, recentes pesquisas profundas em larga escala permitiram estudos de galáxias menores em redshifts mais altos. Isso inclui “ervilhas verdes” - galáxias luminosas, compactas e de baixa massa com altas taxas específicas de formação de estrelas - e até mesmo “mirtilos” de menor massa, pequenas galáxias de explosão estelar que são uma extensão fraca das ervilhas verdes que também mostram taxas intensas de formação de estrelas .
Usando os catálogos mencionados acima e examinando os campos paralelos para Abell 2744 e MACS J0416.1-2403, a equipe procurou outros exemplos de galáxias de baixa massa com altas taxas de formação de estrelas. O objetivo disso era medir as propriedades dessas galáxias anãs e verificar se alguma de suas posições concordava com o local em que se sabe que os aglomerados globulares se formaram.
O que eles descobriram foi o que eles chamavam de "Little Blue Dots" (LBSs), que são versões ainda de menor massa de "blueberries". Debra Elmegreen disse à Space Magazine por e-mail:
“Quando eu estava examinando as imagens (existem cerca de 3400 galáxias detectadas em cada campo), notei galáxias ocasionais que pareciam pequenos pontos azuis, o que era muito intrigante por causa do trabalho teórico anterior de Bruce sobre galáxias anãs. Os catálogos publicados incluíam turnos de vermelho e taxas e massas de formação de estrelas para cada galáxia, e os pequenos pontos azuis são galáxias de baixa massa com taxas muito altas de formação de estrelas para sua massa. ”
Como essas galáxias não mostraram estrutura, Debra e Bruce empilharam as imagens das galáxias em três faixas diferentes de desvio para o vermelho (que resultaram em cerca de 20 galáxias cada) para criar imagens mais profundas. “Ainda assim, eles não mostraram estrutura ou disco externo estendido fraco”, disse Debra, “então eles estão no limite de resolução, com tamanhos médios de 100-200 parsecs (cerca de 300-600 anos-luz) e massas de alguns milhões de vezes a massa do nosso sol. "
No final, eles determinaram que dentro desses LBDs, as taxas de formação de estrelas eram muito altas. Eles também observaram que essas galáxias anãs eram muito jovens, tendo menos de 1% da idade do Universo no momento em que foram observadas. “Então as minúsculas galáxias se formaram”: disse Bruce, “e as taxas de formação de estrelas são altas o suficiente para explicar os aglomerados globulares, talvez um em cada LBD, quando a estrela estourar neles diminui após algumas dezenas de milhões de anos. "
Debra e Bruce Elmegreen não são estranhos às galáxias de alto desvio para o vermelho. Em 2012, Bruce publicou um artigo que sugeria que os aglomerados globulares que orbitam a Via Láctea (e a maioria das outras galáxias) se formaram em galáxias anãs durante o início do Universo. Essas galáxias anãs já teriam sido adquiridas por galáxias maiores como a nossa, e os aglomerados são essencialmente seus remanescentes.
Os aglomerados globulares são essencialmente aglomerados estelares maciços que orbitam em torno do Halo da Via Láctea. Eles são tipicamente cerca de 1 milhão de massas solares e são constituídos por estrelas muito antigas - em algum lugar da ordem de 10 a 13 bilhões de anos. Além da Via Láctea, muitos aparecem em órbitas comuns e na galáxia de Andrômeda, alguns até parecem conectados por um fluxo de estrelas.
Como Bruce explicou, ele é um argumento convincente para a teoria de que aglomerados globulares se formaram a partir de galáxias anãs no início do Universo:
“Isso sugere que os aglomerados globulares pobres em metais são os restos densos de pequenas galáxias que foram capturadas por galáxias maiores, como a Via Láctea, e destruídas por forças das marés. Essa idéia para a origem dos aglomerados globulares halo remonta a várias décadas ... Seria apenas o pobre em metais que é assim, que é cerca de metade do total, porque as galáxias anãs são pobres em metal em comparação com as grandes galáxias, e também eram mais metal pobre no universo primitivo. "
Este estudo tem muitas implicações para a nossa compreensão de como o Universo evoluiu, que era o principal objetivo do programa Hubble Frontier Fields. Examinando objetos no Universo primitivo e determinando suas propriedades, os cientistas são capazes de determinar como as estruturas com as quais estamos familiarizados hoje - ou seja, estrelas, galáxias, aglomerados etc. - realmente vieram.
Esses mesmos estudos também permitem aos cientistas adivinharem aonde o Universo está indo e o que acontecerá com essas mesmas estruturas daqui a milhões ou bilhões de anos. Em resumo, saber onde estivemos nos permite prever para onde estamos indo!
